磁力驱动技术综述

1、磁力驱动技术综述施性是物质的莊本属性之一研究和应用磁规象的磁学是门古老血乂邙轻的科学口说他占g是因为盛的现毀发现很早.磁的应用也很早a磁现彖很早就槪人们加览现公兀询约600；|*M/',fl中国人酬发现一种天然雄石（碓挟石）能吸引铁的现象"中国春秋时期（公尤前77DMl年）中園人发明了世界上国古老的司南3披称旳古代世界四大发明之一匸十一世纪.我国大科学家沈括就知道利用夭然磁体进行人工8化匸1600年诞国人威哦吉尔伯特捉出地球本身就足-个大ffi体的機念.LL2磁的极性和磁性实验笈现，風针两端吸弓I铁W的能力M別强而施针的中MK域则几乎不吸引铁屑.嚴针两瑞蹴性特别强的区域称为雄

2、极【口D如果雄弊能够fa绕垂tI轴自由转动的话那么砒针曲会指向定的方向、即地球88场的方向指北的谈称为北极.通常用N表可壯指甫的一绡称为南极.通常用S衣加口磁针之间有相互作用力就（6鐵针与地球这个大确体之间的相互作用一样，ffll-m性的磁极（N对N或占S对S）相辽排斥*不同极性的眦极（Nws）相互昵引.用确体的周围存在谐as场，磁体之何的相瓦作川是通过碑场实现的.当把8S体一份为二时闻块仍然建-个雄铁，具有两个不同的极.班究我明.将ns体分割不能得到单独存左的»极L2磁力驱动技术121磁力驱动技术的莊木原理及彷点1-2.LJBS力驱动的基本原理磁）3驰动是以现代碗学的堪术理论，应用

3、永磁材料或电陋袂所产生的磁力作用,来实现力或转矩(功率)无接触传递的i种新技术实现这-技术的装总称为磁力驱动器，或磁力传动器、磁力耦合器、礎力连轴器等。12.1.2 磁力驱动和机械驱动的区别磁力驱动和机械驱动的根本不同点,在于它向传动部件传递转矩和力时,利用磁场透过鐵路工作间隙或隔离套的薄壁传递力矩比如磁力驱动泵和磁力驱动搅拌反应釜，采用磁力驱动密封装置后取消了传统的机械传动泵、釜采用的轴为接触式的动密封装迓，变动密封为静密封。因此从根本上消除了传动轴密封处所产生的泄漏，解决了工业用泵、釜等设备一孔存在的抱、滴、湖和机械密封发热、磨损等一系列问题.为安全可靠输送或搅拌反应有毒、易燃、易眾、腐蚀

4、以及外种费靈介质创造了条件。磁力驱动技术的应用(1) 磁力報动技术的应用特点可将轴传递动力的动密封转化为静密封，丈现动力的零泄館传递：可避免振动传递，实现平思运行：可实现过磁保护：与刚性联轴器相比较，安装、拆卸、调试、维修均校方便：可净化环境.消除污染，实现文明生产。(2) 碗力驱动技术经常应用在如卜领域： 磁力制造r.fi?：磁力铸造，磁力压力加匸，磁力焊接，磁力切削加匸。 磁力机械工程：碓力机械零件和磁力机械。 陇力具他工程：磁力国防丁程，磁力农业匸程，磁力医疗工程，碗性H常用品，磁力探伤.(3) 啟力驱动技术存在如卜问题： 磁场的存在可F扰周I科的环境。 磁力驱动器在启动过程中易产生滞后

5、。 磴力驱动器与接触式密封装置相比校，效率相对降低。1.2.2 磁力驱动技术的发展历史及现状磁力驱动技术早在20世纪30年代开始被人们所提出.1943年，Geoffi-ey和CliarlsHoward兄弟设计制造出了第一台鐵力驱动泵。20世纪70年代起.磁力驱动技术又被一些科技工作者重视和关注.引起了进一步的深入研究，有了很大的发展和在匸业中的逐步应用。如磁力驱动技术在泵卜.的应用就是显着的例。20世纪70年代的磁力驱动离心泵,主要是采用铁氧体永磁材料和铝探钻水俺材料，这些材料不但存在着易退磁、占用空间大、传动效率低等缺点,而且造价和維修费用比较离臥因此，在应用上受到了20tU：纪70年代后期

6、随着稀上水磁材料，如稀土钻和敎铁硼等新兴永磁材料的发展和应用，促使破力驱动技术仃了迅速的发展和极大的提岛如采用窃钻永磁材料制成的磁)驱动器,在传递相同转矩时与采用铁氧体永磁材料制成的磁力驱动器相比,其质圮差距很大。钦铁硼永磁材料的磁能积已达到38MGsOe(lGs=10-4T.lOe=79.5775A/m)以上.从而可使磁力驱动器传递转矩(功率)能力提高34倍，传递的最大功率已达到400kWa进入20世纪80年代后,磁力驱动技术在泵工业上的应用迅速发展.磁力驱动泵已经成为石油、化工、制药等许多领域中的常用设备，英、徳、II、英、意等国对磁力驱动泵研究和开发较早。当今国际上磁力報动泵发展垠快的是

7、徳、英、日、臾等国家。日木上要在7.5kW以卜功率领先.特别是其塑料泵的艺，质虽很好I丨本国内化工行业已普遍使用。徳国已发发展300kW。英国HMD公诃今年研制的两级磁力驱动泵.其流呈为560m3/h扬程为500m,输送介质温度达205*C,功率达350kW»我国较早开展磁力驱动泵研制的II肃省科学院碓性器件研究所已经先后成功地研制了稀土钻磁力驱动器和磁力驱动泵的系列产品，其技术水平在某些方佃己经达到国际先进水平o该所开发的新熨组合推拉式稀土钻磁力驱动器和磁力驱动设备C经投入大批量生产，在许多工业部门中得到了广泛的应用-所生产的確力驱动泵的功率达到1S5kW流150m3/h扬程达38

8、0m从国内外磁力驱动泵的发展情况看，H前的发展趋势是由小功率向大功率方向发展，在使用的技术耍求以及产晶的结构设讣、内在质鱼、工艺性能等方面也越来越高。近年来正在开发的特种工程用塑料雄力驱动泵.特别是小型泵.发展卜分迅速。这种乘型不但成本低1何且制造工艺比校简也。例如，英INT叩ton泵公«j开发的高扬程穗力驱动泵，其零件采用聚丙烯或耐化学性能的聚偏二喩乙烯注塑成型.泵売耐压1.5MPa，耐液温1509。现阶段，我IH礎力驰动泵的发展趋势除门血大力开发咐强腐蚀性介质的磁力驱动製料衬里泵.采用聚四氟乙烯等工程型料、陶瓷复合等材料.以满足我国化工行业的需求外，还应当开发并采用以太阳能为能源

9、的磁力報动泵以开发大功率耐高压、高温的磁力驱动泵.其耐压能力应达到50MPa,介质温度应达到5叩9，电机功率应达到300kW«此外开发以永破电机驱动的磁力驱动泵的应用提到1丨程®随若磁力驱动技术的应用、开发和研究，进一步开挤了磁力驱动技术的应用领域，反W搅样釜、真空设备、高速机床、阀门传动机构、液压传动机构、仪器仪表、检测机构等设备和装置，已经得到了广泛的应用.啟力驱动技术发展至今，人们对它已产生了较新的认识，设计与技术较为成熟，匸艺、生产较为完善，磁力驱动技术的应用也仃了很大的发展，为磁力驱动技术的深出次研究号发展奠定了校好的基础。1.2.3磁力驱动技术而临的关键问题(1

10、) 磁场强度的仃限元计算现今的传动扭矩II知是采用实验的方法，衍出含仃一匹系数的加人扭矩计算式。有的是半理论半经验公式,误差较大，为安全起见.往往加大安全系数,结果藝耗费了磁性材料.磁力驱动器传动扭矩的大小取决于磁场强度的强弱，磁场强度完金可以用礎荷积分数值解求得。为求冯粘确解要求確件材料制适厂保证毎块磁体的磁性能耍具仃-致性、均匀性。(2) 轴承的寿命我国大型磁力泵的便用表明:它的不成功或不可靠主要原因来自轴承。轴承的润滑剂是被密封的工艺流体.真空中则无润滑。滑动轴承的材料必需耐磨损、耐腐蚀、"润滑。磁力泵的内轴承推荐采用介质润滑的碳化硅陶瓷轴承(滑动轴承、滾动轴承)，碳化硅轴承不

11、仅承载能力岛，还具仃超常的耐腐浊、耐擁损、良好的耐热性能，使泵的输送介质范圉从洁净液体扩人到含腐蚀性颗粒运行记录表明，平均寿命3-5年，运行10年亦非少见。一个窠出的例子是梟国新罕布什刻料厂一台输送338"机溶液磁力泵在运转14年后才首次更换紬承冏.材料的制造要考虑强氧化剂的腐蚀.结构设讼考虑与轴材料线膨胀系数的不同。国产轴承部件的使用寿命第一步要达到机械密対件的寿命，最终实现加低寿命500011.(3) 高温问题由磁性材料性能限制，NdFeB的匸作温度在15(TC以内，SmCo(2:17熨)工作温度可达300-C.超出此极限，可采用冷却措施。重要的是发展涡流型联轴器，涡流空联轴器的

12、内磁体不接触过程流体，匸作温度可达45LC【忙(4) 监控问題目前应用中的主要问题是:大中功率的传动峽乏安全可靠性,滑动轴承寿命低，磨损后间隙增大，导敘内外磁件与隔离套碰懈，造成碗体退磁如不及时停机则产生严亜后果。今后的产品应随机配哉监测控制系统，一只发牛超载滑脱、憔损、腐蚀、温度超过许可值，由传感器发出的仿号，经放大发送到控制开关，系统会tl动报警或停机。(5) 涡流问题金屈隔离套在变化磁场中要产生感应电流，此感应电流在隔离套内fl行封闭,形成涡流.涡流的磁场方向与永磯场方向相反.形成反力矩并产生大量的热，使机器效率降低.准确计算出涡流扭失的大小,采取右效的措施.磁力传动的效率可以有很大的提

13、高。这也是我国鐵传动业落后于其它业发达国家，砒传动产品打不开币场的原因z陇力传动在我IN应用也步较晚.发展较慢.推广该技术右一定的阳力。其中与认识问题，也仃技术问题。上述五方浙问题在产品开发中如能注意解决，則会増加产品的可靠性、安全性.降低产品的销售价格。破力驱动器是应用水磁材料或电磁铁所产生的磁力作用，來实现力或转矩(功率)无接触传递的一种新型磁力传动装置,如何客观、科学地计算磁力驱动器的涡流是IN内外磁力驱动器研究的匣耍课题。由于磁力驱动器的气隙礎场对涡流仃很大的莎响IM此木文首先对气隙磁场进行系统分析。然后，从电磁场的星本理论出发计舁恻盘式碗力報动器的謁流，并应用仃礙卩元法验证木文计笄结果的正确性。本文的主要研究内容如卜：1浪抑:磁场的基木理论和磁力驱动的相关理论，研究礎力驱动技术和磁力驱动器的匸作机理：2. 根抑;电碗场解析计咫中水磁体的数学模型，对常用的等效电流法和等效磁荷法进行对比。针对本文所研究的模型.采用等效而电流模型建立磁力驱动器气隙確场的理论